Здравствуйте,

При разработке повышающего преобразователя на основе LM3478 столкнулся с проблемой неустойчивой работы микросхемы. Генерация возникает в диапазоне входного напряжения 7-9В при токе нагрузки до 150 мА. Схема преобразователя приведена в прикрепленном файле.
Параметры преобразователя:
Входное напряжение: Uвх = (3-9)В.
Выходное напряжение: Uвых = 12B.
Максимальный ток нагрузки: Iн = 320мА.
Частота преобразования: f = 80кГц.
Преобразователь работает в составе сетевого источника питания.
Проблема проявилась на этапе запуска преобразователя в серийное производство. Макетный образец и, что самое главное, пробная партия “вели себя” нормально. После долгих и мучительных экспериментов (сделал даже несколько вариантов разводки силовой части преобразователя) пришел к выводу, что проблема именно в микросхеме.
Сталкивался ли кто-нибудь с подобной проблемой?
Заранее спасибо.

А C21 не пробовали убрать? От него никакой пользы окроме вреда.

Да пробовал, не помогает.

А пробовали микросхемы с макета и пробной партии? Что за резистор R43 - не проволочный? Посмотреть бы форму тока ключа, есть в нём какие-нибудь "иголки"? Возможно, на коротких импульсах компаратор м/сх по ним срабатывает.

Бросилось в глаза очень большое значение Rfa. Там у них в datasheet график Switching Frequency vs RFA кончается раньше 200 кОм, обещана работа микросхемы на частотах от 100 кГц. Я бы попробовал поднять частоту, хуже всяко не будет. C21 очень подозрительный, добавляет полюс, без расчёта устойчивости непонятно, мешает или нет. C23, имхо, тоже похож на лишний и по той же причине. L2 вроде маловат для такой частоты и тока, впрочем, считать я поленился.
У меня эта микросхема стала возбуждаться только однажды, практически вылечил (до пренебрежимо малого размаха автоколебаний) увеличением выходной ёмкости.
И ещё совет (у меня их много оказалось): закоротить
L4. Как бы она наряду с L2 не участвовала в ЧХ схемы, номиналы-то сопоставимы.

К сожалению все "хорошие" платы ушли
Резистор R43 - проволочный, 0.05 Ом Constantan 0.5мм, длина 2 см.

Форма тока ключа:

Может дело всё-таки в топологии платы? Тут ведь амплитуда импульсов тока в дросселе порядка 1,5 А. Вообще, режим разрывных токов дросселя - это так задумано изначально?

Вообще, режим разрывных токов дросселя - это так задумано изначально?
[/quote]

Похоже у Вас проблемы начинаются, когда пребразователь переходит в режим разрывных токов, поставте больше дроссель или увеличивайте частоту.

http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt.de/...aww_smps_e.html

Спасибо, перепробовал все ваши советы. К сожалению генерация осталась.
А может генерация быть связана с наличием больших пиков тока ключа? Как с ними побороться?

А какого рода "генерация"? Можно по-подробнее? Напряжение нужное держит при "генерации", КПД сильно снижается? Мне не очень нравится размер токового резистора - 2см. Можно топологию платы?

Дык, судя по исходным данным, преобразователь работает только в режиме разрывных токов. Проблема в том, что в режиме разрывных токов boost должен быть более устойчив, чем в режиме непрерывных токов, однако здесь он почему-то возбуждается.

Напряжение держит во всем диапазоне, КПД не снижается. Генерация сказывается только на пульсациях выходного напряжения (около 150 mV)

Вот как выглядит генерация: (напряжение на стоке тр-ра)

Непосредственно с большими токами - нет, но с помехами. которые они могут создавать - да. Однако если топология п/платы по сравнению с исходным вариантом не менялась, тогда надо смотреть элементную базу. Например, конденсатор C19 - если он керамический Y5V, то может оказаться далеко не 0,1 мкФ. Также на устойчивость влияет ESR выходных конденсаторов.

Я так понимаю вас смущают затухающие колебания после выключения ключа? Посмотрите эпюры на затворе транзистора. Да, и измерте частоту затухающих колебаний, по ним можно паразитную емкость оценить, так как похоже что у вас резонирует индуктивность. Кстати какую индуктивность вы используете? Возможно диод стоит заменить на более быстродействующий, хотя скорее всего дело не в нём, а в разводке. Вы топологию можете приатачить?

Пики тока ключа по-моему странноватые - при открывании транзистора - понятно, а при закрывании - не очень. Вы, наверное смотрели с делителем, осциллоскоп мог поймать наводку. Так или иначе, эти пики могут давать емкость диода и дросселя.Такие напряжения неплохо бы смотреть без делителя. В даташыте написано, что ИМС делает Slope Compensation - отрезает от импульса тока первые 150 нс, если этот пик длинее - она может по нему работать. Ещё попробуйте увеличить R43, думаю, до 100 мОм - можно смело.

Да не, здесь, похоже, непрерывный ток дросселя.

Кстати скорее что схема компенасации не правильно работает. Что бы правильно работала схема компенсации ваша аналоговая земля не должна быть разделена, ну или аналоговую землю соеденяёте к точке земли токового резюка. Земли силовых кондёров и токового резистора должны быть соеденены короткими и толстыми проводниками с обеими землями микрухи. Опять же вопрос топологии...
Попробуйте кстати поднять частоту ШИМа на микрухе.

Вот вариант разводки, который сначала работал, а потом начал генерить:

Разводка не очень удачная. Есть много мест, где могут возникнуть проблеммы. Одно из них - качество земли. Вы не свели кондеры С25, С26 к точке, к земле они идут через паразитную индуктивность. Надо было поставить по-больше переходных отверстий. Цепь Сток-Диод катушка - скорее всего не кисло будет давать наводки - её нужно сокращать, и уменьшать площать этого проводника - так как на землю получается не плохая паразитная емкость, это кстати и может послужить причиной генерации. Вообще говоря вы можете сами проанализировать контуры силовых токов, если есть возможность переделать - думаю стоит.
Кстати посмотрите на осцилографе питание микрухи относительно её земли.

А вот мы ужо посчитаем оный ток дросселя:
Для входного напряжения Vin = 8 В и выходного Vo = 12 В коэффициент заполнения D=1-Vin/Vo=0,33
Амплитуда пульсаций тока dIL=D*Vin/(2*L*Fs) = 0,75 А.
Средний ток дросселя IL = Io/(1-D) = 0,32/(1-0,33) 0,48 А
Таки вже где здесь непрерывный ток дросселя?

И с цитированием даташыта, уважаемый, как-нить поаккуратнее, поелику приведенные 150 нс - это бланкирование фронта импульса переключения (типа защита от помех), а Slope Compensation - это совсем другая фича, оно устраняет субгармонические пульсации при коэффициенте заполнения больше 0,5.



Затухающие осцилляции после закрывания ключа - это нормально, так и должно быть в режиме разрывных токов. А вот то, что иногда контроллер запускает новый цикл, не выждав положенный период - плохо. Очень похоже на то, что эти осцилляции сбрасывают контоллер. И тогда возникает вопрос - может оно и раньше было так же, просто не обратили на это внимание?

Извините, прогнал. Я считал для Uin=3В. Вообще, не тем занят. Отползаю.

Присоединяюсь к Wim, думаю, что это не самовозбуждение, а именно сброс контроллера импульсными помехами. Самовозбуждение должно иметь хоть какую-то периодичность. Судя по очень большим переходным процессам, до режима непрерывных токов тут очень далеко, и эти колебания могут (наверное) сбивать контроллер.
Из путёвых советов: значительно увеличить индуктивность катушки (проследить, чтобы у новой катушки был достаточный рабочий ток), увеличить частоту переключений. Поискать ещё источники импульсных помех.
Из непутёвых: чтобы снизить размах звона, зашунтировать катушку резистором в единицы килоом. Просто, чтобы посмотреть, что будет.

Дмитрий, а у вас в схеме из статии в КиТ тоже конденсатор с третьей ноги на землю есть (C7). Вы из каких соображений его поставили ?

Я очень извиняюсь, второпях ляпнул. Нужный конденсатор с ноги 3 на землю.
А осциллограммы сняты при нагруженном источнике?

Что за катушка стоит в качестве L2?
Какая реальная ее индуктивность?

Конденсаторы C17 C25 C26 C27 могут работать на частоте 100 кГц (по паспорту)?
Они LowESR?

L2 - CDRH127-220 или RCH110-220, 22мкГн (соответствует номиналу), пробовал 47мкГн

C25,C26,C27 - LowESR, C17 - нет.
Первая картинка - из документации на эти конденсаторы.



Да, ток нагрузки Iн = 180 мА.

Вот еще картинка. Видно, что большой колебательный процесс возникает, когда есть пропуски импульсов тока ключа, т.е. не срабатывает контроллер.
Почему он не срабатывает ?

Позволю, вмешаться в Вашу дискуссию.

Если в ДШ специально не оговорена работа в режиме прерывистых токов. В этом как раз и может заключаться проблема. Дело в том, что в режиме прерывистых токов разрывается обратная связь, именно это может быть причиной неустойчивой работы. Некоторые современные ИС позволяют работать в режиме прерывистых токов, сделано такое для повышения кпд в режиме малого потребления.

В ДШ величина дросселя указывается для одного среднепотолочного значения тока. Обычно всегда приходиться корректировать под свои нужды.

Сделал. Действительно снижается размах колебательного процесса, но на пропуски импульсов это никак не влияет

В режиме прерывистых токов обратная связь не разрывается. Разрывается ток дросселя, а ОС - нет, поелику обрабатывает она постоянное выходное напряжение. Такая оказия с ОС может случиться, например, при включении питания или КЗ нагрузки, когда от контроллера требуют увеличения коэффициента заполнения, а он больше 100% выдать ну никак не может. Но в данном случае этого нет - нагрузка стационарная.
В режиме прерывистых токов кпд в данном случае будет всегда ниже из-за больших пульсаций тока в дросселе (амплтуда этих пульсаций от тока нагрузки не зависит). Именно поэтому режим прерывистых токов не описан в ДШ - он возможен, но малоэффективен.



Контроллер срабатывает - на осциллограмме с импульсами тока в нормальном случае он открывает ключ и ток в дросселе линейно нарастает. А в ненормальном - сразу же после открывания ключ закрывается (на голубенькой диаграмме виден такой короткий тычок). Правда, трудно понять, что чему предшествует, но это очень похоже на помеху. Можно для эксперимента намотать дроссель индуктивностью раз в десять больше этой и подцепить его на проводах (не очень длинных).

Уточню диапазон тока нагрузки при котором возникает генерация: на разных платах по разному, но чаще всего примерно от 50 - до 150мА (250мА). Т.е при малых токах (а это уж точно режим прерывистых токов) и полной нагрузке генерации нет. Мне кажется генерация не связана с режимом тока дросселя.

Вообще учебники по ТАУ говорят об обратном. Но я не буду углубляться в дискуссию. Это хорошо показано в теории электопривода постоянного тока, режим прерывистых токов выделен в специальный раздел, так как описывается другими зависимостями.

Конечно физически никто ничего не разрывает. Но подумайте о физике процесса, контроллер устанавливает определенный угол управления и предполагает, что с момента закрывания ключа ток в цепи дросселя будет плавно уменьшаться отдавая энергию в нагрузку. Обеспечивая прогнозируемый закон изменения напряжения в нагрузке, а значит и обратной связи. А вот если ток - оканчивается ранее прогнозируемого времени, резко изменяются характер поведения обратной связи. Смещаются все полюса на характеристике.

Именно это и можно трактовать как размыкание обратной связи. Я как то расчитывал переходные процессы в схеме при управлении приводом с заходом в зону прерывистых токов, и могу утверждать, что этот режим считается как совершенно другая схема. Да и поведение схемы в корне меняется.

Попробуйте просчитать. сейчас наверно можно смоделировать, многие вопросы просто отпадут.


Про генерацию ничего сказать немогу, а пропуск тактов, скорее по этой причине.

Для сравнения: МС34063 частота 40 кГц. диапазон токов 30 - 300 ма. для этого режима я ставлю дроссель 1800 u при приведенной в ДШ 220u для тока 500 ма.

Для подавления звона попробуйте, бусинки на выводах, уменьшить скорость нарастания напряжения на затворе...

Таки нет - разрыв ОС это когда усилитель ошибки не реагирует на изменение выходного напряжения. Но в этом случае он его и не стабилизирует. А здесь всё стабилизируется.
И давайте не будем про двигатели, углы и прочее, ок? У нас - повышающий преобразователь (step-up), физика работы которого хорошо изучена. В данном случае (управление по пиковому току) в режиме разрывных токов дросселя в силовой части имеем полюс, образованный ёмкостью выходного конденсатора и сопротивлением нагрузки и нуль, образованный ёмкостью выходного конденсатора и ейным ESR, что в сумме даёт запаздывание по фазе не более 90 гр.
Усилитель ошибки имеет один нуль и один полюс, частота нуля на два порядка меньше частоты полюса. Получить здесь запаздывание по фазе 180 гр. ну никак не получится.


Считал и моделировал неоднократно и, буде кому надо, могу и оную схему помоделировать. Вопрос - зачем? Не видно никаких причин, почему бы этой ОС быть неустойчивой.

Я не хочу с Вами спорить, просто необходимо акцентировать, режимы непрерывного тока и режим прерывистого тока это два совершенно различных режима работы, у которых разные передаточные характеристики, и это необходимо учитывать. Есть контроллеры допускающие работу с пропуском тактов, эти нормально работают с прерывистыми токами.

Чисто мое мнение, если имеется избежать режима прерывистых токов, это надо делать.

Может и не связана, однако на осциллограмме амплитуда тычков больше 200 мВ, а у LM3478 порог "Short-Circuit Current Limit Sense Voltage" от 235 до 395 мВ.


В плане ОС у режима прерывистых токов есть одно преимущество - отсутствие нуля в правой комплексной полуплоскости, который в режиме непрерывных токов сильно портит жизнь.
Но в данном случе я абсолютно с Вами согласен, поскольку вряд ли нагрузке 12 В 0,3 А нужна такая уж хорошая динамика. Скорее всего, режим прерывистых токов получился у автора "сам собой".
Насчёт контроллеров - не знаю ни одного, который не допускал бы работу в режиме прерывистых токов дросселя.

Насчет работы дросселя в режиме прерывистых токов, я скорее погорячился, пропуск тактов, это скорее способ избежать этого.

От последней картинки у меня впечатление, что контроллер часть импульсов пропускает намеренно. То есть таки автоколебания налицо.
Всё-таки, если хоть разик поставить задающий частоту резистор 13 кОм, чтобы получить частоту 1 МГц (у меня все 3488 так работают)?

Если бы контроллер пропускал импульсы, мы бы не видели тычков в цепи измерения тока, а они есть. Пропуск импульсов возможен при малом токе нагрзуки - срабатывает over-voltage comparator и ключ вообще не включается ("The latch remains in reset state till the output decays to the nominal value.")
Здесь больше похоже на то, что ключ регулярно открывается, но иногда тут же следом закрывается, возможно, из-за срабатывания компаратора КЗ.
Кстати, может, проще подгрузить выход преобразователя на 150 мА?

Поставил. Теперь контроллер пропускает целые пачки импульсов, паузы в его работе составляют 500мкс.

С режимом прерывистых именно так и получается, когда ток в дросселе обрывается напряжение на выходе быдет чуть меньше, и на следующем такте ОС задирает напряжение. С новым тактом ключ открыт чуть дольше, ток оборвется чуть позже, напряжение будет несколько выше.... В результате такой некий режим генерации, частота которого зависит от быстродействия системы.


Попробуйте все же выйти из режима прерывистого тока.

Возможно есть некоторые проблемы с разводкой, насколько разводка отличается от рекомендуемой?

Я бы попробовал временно удалить C24 и R45, перемкнуть С23 исключив таким образом обратную связь по току. R43 тоже может быть проблематичным. И попробовать поиграться резистором номиналом до 60 Ом
в цепях DR или PGND обычно требуется 15-22 Ом.

Только вот в данном случае (на частоте 1 МГц при нагрузке 150 мА) дроссель работает в режиме непрерывных токов.
Но даже когда ток в дросселе обрывается, постоянное напряжение на выходе поддерживает выходной конденсатор и оно таким же постоянным и остаётся. И только когда нагрузка вообще отсуствует, включается режим пропуска импульсов.

Если честно, то помоему здесь вообще нету никаких проблемм. Все работает. А пропуски - это когда на компараторе (FB) напряжение больше чем надо, вот он и отключает ШИМ.

Вообще-то FB - это усилитель ошибки, а компаратор подключен к другому входу, ISEN. И никаких пропусков в режиме непрерывных токов наблюдаться не должно. Проблема в том, что повышение частоты изменило сразу два параметра - собс-но частоту и режим работы дросселя. В результате вместо одной схемы, которая работет не так, как надо, получили другую схему, которая тоже работает не так, как надо.
Я предлагал другой вариант - не меняя частоту, увеличить индуктивность дросселя, но, "як ни - то ни". Можно ещё попробовать заменить проволочный резистор (это таки 20 нГн) на безиндуктивный. В любом случае, лучше всего менять каждый раз только один параметр схемы.

Тогда вопрос, что будет если на FB ноге сигнал больше опорного (1,26)? По моему, ШИМ должен отрубиться. Кстати на последнем графике видно что амплитуда ипульсов растёт - потом пропуск - как раз свидетельство этого.
Получается что схема не всегда работает в режиме непрерывных токов, а в какой то момент времени включается FB. Кстати есть осцилограммы при отсутсвующей нагрузке? Ещё было бы не плохо промерить осцилограммы токового вывода. Кстати автору, как уже ранее говорили, попробуйте убрать С24, а R45 сделать пперемычкой.

Пропуск импульсов - свидетельство неправильно работающей схемы. А в нормально работающей схеме усилитель ошибки из разности напряжений на "FB ноге" и опорного формирует ШИМ такой, чтобы из выходного напряжения, после делителя, получилось напряжение на "FB ноге" отличающееся от опорного на столько-то мВ, каковую разность усилитель ошибки усилит, ну и т.д.

Во, вот теперь, имхо, точно автоколебания. Надо увеличивать индуктивность, я тоже так думаю. Ток нагрузки слишком маленький. Жаль, что ни у кого здесь не дошли руки вдумчиво это всё посчитать.

ИМХО. Можно хоть усчитаться, но если плохая разводка, то схема не будет работать как положено.
Буквально на прошлой неделе попробовали сделать новый источник на LM3488, расчитали транс, спаяли на макетке -- не работает, что-то похожее на приведенные картинки. Выходное напряжение есть, но импульсы то с пропусками, то еще как-то...
Развели платку, спаяли на ней -- работает как часы на трансе с макетки.

Так чем кончилось-то? Zak82, почему такая тишина? Интересно же.

На ст.15, в пдф на ИМС написано:"A 100pF capacitor may be connected between the feedback
and ground pins to reduce noise."